CN115545289B - 一种航线规划方法、装置以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及船舶航运领域，具体涉及一种航线规划方法、装置以及电子设备。一种航线规划方法，应用于船舶航线管理平台，包括：获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的环境情况以及船舶的输出功率；根据各条待选航线上的环境情况计算各条待选航线的船舶行驶阻力；根据船舶的输出功率和船舶行驶阻力，计算出船舶在各条待选航线上的船速；根据船舶在各条待选航线上的船速和各条待选航线上的环境情况，计算船舶在各条待选航线上的航速；根据船舶在各条待选航线上的航速计算出船舶在各条待选航线上的航行时间，选择多条待选航线中航行时间最短的航线作为船舶的航行路线。本申请实现航行时间最短航线的选择，提高船舶航行的效率和经济性。

Description

一种航线规划方法、装置以及电子设备
技术领域
本申请涉及船舶航运领域，具体涉及一种航线规划方法、装置以及电子设备。
背景技术
在船舶航线设计中，航线的安全性和经济性是衡量航线优劣的重要指标。因此，船舶航线优化设计技术对海上运输的安全性和经济性具有非常重要的意义，特别是对于跨洋船舶航行。结合海洋环境的气象条件，特别是风浪等对船舶航行速度的影响，合理设计航线和航速，达到利用有利气象和规避不利气象的目的，能有效提高船舶运输安全性、降低燃油消耗和提高船舶的到港准时率。
目前，航运公司的船舶执行航线任务过程中，船长和大副根据个人的航行经验及船上雷达和电子海图等数据自行决定航行路线，岸基船舶管理人员不参与航行路线选择。
针对上述相关技术，发明人认为这种航线选择方式太过依赖船上人员的个人经验，选择的航线容易出现不符合预期的情况。
发明内容
为了解决目前船舶航行的航线选择方式太过依赖船上人员的个人经验，选择的航线容易出现不符合预期的情况，本申请提供一种航线规划方法、装置以及电子设备。
在本申请的第一方面提供了一种航线规划方法，应用于船舶航线管理平台，所述方法包括：获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的环境情况以及船舶的输出功率，所述环境情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向；根据所述各条待选航线上的环境情况计算所述各条待选航线的船舶行驶阻力；根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力，计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的船速、所述各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算所述船舶在所述各条待选航线上的航速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的航速计算出所述船舶在所述各条待选航线上的航行时间，选择所述多条待选航线中航行时间最短的航线作为所述船舶的航行路线。
通过采用上述技术方案，船舶航线管理平台根据船舶的输出功率和各条待选航线上的环境情况，计算船舶在各条待选航线上的船速；根据各条待选航线上船舶的船速、风速以及海流速度，计算船舶在各条待选航线上的航速；根据各条待选航线的路程和船舶在各条待选航线上的航速，计算船舶在各条待选航线上的航线时间，选择航行时间最短的航线作为此次航行的航行路线，帮助船员规划航线，提高船舶航行的效率和经济性。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速时，所述船舶的动力与所述船舶行驶阻力的数值相等。
在一种可能的实施方式中，所述船舶行驶阻力包括船舶的静水阻力、浪阻以及风阻，所述船舶的静水阻力包括所述船舶的摩擦阻力、兴波阻力以及船模与实船相关的修正因子；所述船舶在所述各条待选航线上的航速为所述船舶在所述各条待选航线上的船速与所述各条待选航线的风速和海流速度的矢量和。
通过采用上述技术方案，船舶航线管理平台根据船舶的静水阻力、各条待选航线上的浪阻以及各条待选航线上的风阻，计算船舶在各条待选航线上的行驶阻力；根据船舶在各条待选航线上的船速和各条待选航线上的风速和海流速度，计算船舶在各条待选航线上的航速，计算的结果更加符合实际情况，更加准确。
在一种可能的实施方式中，所述获取船舶的多条预设待选航线以及各条待选航线上的环境情况包括：获取所述船舶的始发港名称和目的港名称；根据所述船舶的始发港名称和目的港名称获取船舶的可行驶航线；获取所述船舶当前所运货物的信息，根据所述船舶当前所运货物的信息匹配预设航行环境情况；结合所述预设航行环境情况和所述各条待选航线上的环境情况，筛选所述船舶的可行驶航线，所述环境情况还包括温度、波浪大小以及气象；选择符合所述预设航行环境情况的所述船舶的可行驶航线作为所述多条待选航线。
通过采用上述技术方案，船舶航线管理平台根据船舶此次航行的始发港和目的港，从航线数据库中筛选出船舶此次航行的可行驶航线；根据船舶此次航行所运的货物和各条航线上的温度、波浪大小以及气象，对船舶此次航行的可行驶航线进行筛选；选择出适宜船舶此次航行的环境情况的可行驶航线作为船舶此次航行的多条待选航线，减少后续计算每条待选航线的航行时间这一部分的计算量。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述船舶在所述各条待选航线上的航速计算出所述船舶在所述各条待选航线上的航行时间包括：获取所述船舶的排水量、性能系数、经验系数以及所述各条待选航线的波浪信息，所述波浪信息包括波浪的高度和波浪的方向；根据所述船舶的排水量、性能系数、经验系数以及所述各条待选航线的波浪信息，计算所述船舶在所述各条待选航线上的失速量；根据所述船舶在所述各条待选航线上的失速量计算所述船舶在波浪中的航行速度，以计算所述船舶的航行时间。
通过采用上述技术方案，船舶航线管理平台根据船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，计算得出船舶在各条待选航线上的失速量；根据船舶在各条待选航线上的失速量，计算船舶在待选航线的波浪中的航行速度；根据船舶在波浪中的航行速度计算船舶在该条待选航线上的航行时间，计算的结果更加符合实际情况，更加准确。
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取所述船舶的航行状态和船舶AIS范围内其他船舶的航行状态，所述航行状态包括船舶当前的位置坐标、航行速度以及航行方向；根据所述船舶的航行状态和所述其他船舶的航行状态，分析所述船舶和所述其他船舶的会遇情况，并匹配所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度；根据所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度，计算所述船舶的避让行动方式及幅度，并显示所述船舶的避让行动方式及幅度。
通过采用上述技术方案，船舶航线管理平台获取船舶当前航行的速度和方向，通过AIS实时获取其他船舶的动态信息，根据其他船舶的动态信息分析出其他船舶的航行速度和航行方向，根据船舶与其他船舶的航行方向和航行速度计算船舶相遇的时间、地点以及相遇的状态，根据计算得出的结果，判断船舶与其他船舶的碰撞危险度，并根据碰撞危险度计算船舶的避让行动方式及幅度；显示包括船舶的避让行动方式及幅度的提示信息，以提醒船员改变航行速度及航行方向，尽可能避免碰撞事故的发生。
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：根据所述船舶的航行路线和所述船舶的避让行动方式及幅度，匹配所述船舶返回所述航行路线的方案，并显示所述船舶返回所述航行路线的方案。
通过采用上述技术方案，如果船舶因采取避让行动而偏离航线后，船舶航线管理平台根据船舶的航行路线匹配返回航行路线方案，并显示船舶的返回航行路线方案，以帮助船员返回航线，防止船舶偏航。
在本申请的第二方面提供了一种航线规划装置，所述装置为船舶航线管理平台，所述装置包括：获取单元，用于获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的天气情况以及船舶的输出功率，所述天气情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向；处理单元，用于根据所述各条待选航线上的环境情况计算所述各条待选航线的船舶行驶阻力；根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力，计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的船速、所述各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算所述船舶在所述各条待选航线上的航速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的航速计算出所述船舶在所述各条待选航线上的航行时间，选择所述多条待选航线中航行时间最短的航线作为所述船舶的航行路线。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速时，所述船舶的动力与所述船舶行驶阻力的数值相等。
在一种可能的实施方式中，所述船舶行驶阻力包括船舶的静水阻力、浪阻以及风阻，所述船舶的静水阻力包括所述船舶的摩擦阻力、兴波阻力以及船模与实船相关的修正因子；所述船舶在所述各条待选航线上的航速为所述船舶在所述各条待选航线上的船速与所述各条待选航线的风速和海流速度的矢量和。
在一种可能的实施方式中，所述获取单元还包括第一获取子单元，所述处理单元还包括第一选择子单元；所述第一获取子单元，用于获取所述船舶的始发港名称和目的港名称；根据所述船舶的始发港名称和目的港名称获取船舶的可行驶航线；获取所述船舶当前所运货物的信息，根据所述船舶当前所运货物的信息匹配预设航行环境情况；所述第一选择子单元，用于结合所述预设航行环境情况和所述各条待选航线上的环境情况，筛选所述船舶的可行驶航线，所述环境情况还包括温度、波浪大小以及气象；选择符合所述预设航行环境情况的所述船舶的可行驶航线作为所述多条待选航线。
在一种可能的实施方式中，所述获取单元还包括第二获取子单元，所述处理单元还包括第一计算子单元；所述第二获取子单元，用于获取所述船舶的排水量、性能系数、经验系数以及所述各条待选航线的波浪信息，所述波浪信息包括波浪的高度和波浪的方向；所述第一计算子单元，用于根据所述船舶的排水量、性能系数、经验系数以及所述各条待选航线的波浪信息，计算所述船舶在所述各条待选航线上的失速量；根据所述船舶在所述各条待选航线上的失速量计算所述船舶在波浪中的航行速度，以计算所述船舶的航行时间。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括显示单元，所述获取单元还包括第三获取子单元，所述处理单元还包括第二计算子单元；所述第三获取子单元，用于获取所述船舶的航行状态和船舶AIS范围内其他船舶的航行状态，所述航行状态包括船舶当前的位置坐标、航行速度以及航行方向；所述第二计算子单元，用于根据所述船舶的航行状态和所述其他船舶的航行状态，分析所述船舶和所述其他船舶的会遇情况，并匹配所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度；根据所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度，计算所述船舶的避让行动方式及幅度；所述显示单元，用于显示所述船舶的避让行动方式及幅度。
在一种可能的实施方式中，所述处理单元还包括第一匹配子单元，所述显示单元还包括第一显示子单元，所述第一匹配子单元，用于根据所述船舶的航行路线和所述船舶的避让行动方式及幅度，匹配所述船舶返回所述航行路线的方案；所述第一显示子单元，用于显示所述船舶返回所述航行路线的方案。
在本申请的第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和网络接口用于给其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如本申请第一方面任意一项所述的方法。
在本申请的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得电子设备执行本申请第一方面任意一项所述的方法。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
船舶航线管理平台获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的环境情况以及船舶的输出功率，通过计算得出船舶在各条航线上的航行时间，选择航行时间最短的航线作为此次航行的航行路线，帮助船员规划航线，提高船舶航行的效率和经济性；
船舶航线管理平台通过AIS实时获取其他船舶的动态信息，根据其他船舶的动态信息分析出其他船舶的航行状态，结合本船的航行状态分析船舶的会遇情况，计算出船舶的避让行动方式及幅度，以提醒船员改变航行速度及航行方向，尽可能避免碰撞事故的发生。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图；
图2是本申请又一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图；
图3是本申请一实施例提供的可行驶航线示意图；
图4是本申请再一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图；
图5是本申请另一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图；
图6是本申请一实施例提供的一种航线规划装置的结构示意图；
图7是本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
附图标记说明：601、获取单元；602、处理单元；603、显示单元；700、电子设备；701、处理器；702、通信总线；703、用户接口；704、网络接口；705、存储器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请实施例的描述中，“举例来说”用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
为了解决目前船舶航行的航线选择方式太过依赖船上人员的个人经验，也没有考虑到不同航线的航行时间问题，本申请提供一种航线规划方法，应用于船舶航线管理平台；参照图1，其示出了本申请一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图，包括以下步骤S101-S105。
步骤S101：获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的环境情况以及船舶的输出功率，环境情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向。
在上述步骤中，船舶航线管理平台获取船舶本次航行的多条待选航线，以及各条待选航线上的风速、风向、海流速度以及海流方向，通过分析各条待选航线的环境情况筛选航线。
举例来说，船舶此次航行的待选航线有两条，其中一条航线的区域在航行时间的环境情况为：风速14.3m/s，风向250.0，海流速度0.3m/s，海流方向96.2；另一条航线的区域在航行时间的环境情况为：风速12.6m/s，风向259.0，海流速度0.5m/s，海流方向72.5。
步骤S102：根据各条待选航线上的环境情况计算各条待选航线的船舶行驶阻力。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据各条待选航线上的风速、风向、海流速度以及海流方向计算各条待选航线上的船舶行驶阻力。
在一种可能的实施方式中，船舶行驶阻力包括船舶的静水阻力、浪阻以及风阻，船舶的静水阻力包括船舶的摩擦阻力、兴波阻力以及船模与实船相关的修正因子。
需要说明的是，船舶的摩擦阻力系数CF＝0.075/(log(Re)-2)2,其中Re＝(VS·L)/v，Re为雷诺数，VS为船速，L为船长，v为海水运动粘性；船舶的形状因子
Figure BDA0003864310040000061
Figure BDA0003864310040000062
LR/L＝1-CP+0.06CPLcb/(4CP-1)；
CP为菱形系数；
船舶的兴波阻力
Figure BDA0003864310040000063
其中
Figure BDA0003864310040000064
当B/L<0.11，c7＝0.22957(B/L)0.33333；
当0.11<B/L<0.25，c7＝B/L；
当B/L>0.25，c7＝0.5-0.0625L/B；
Figure BDA0003864310040000071
c5＝1-0.8AT/(BTCM)；
当L/B<12，λ＝1.446CP-0.03L/B；当L/B>12，λ＝1.446CP-0.36；
Figure BDA0003864310040000072
当CP<0.80，
Figure BDA0003864310040000073
当CP>0.80，c16＝1.73014-0.7067CP；
Figure BDA0003864310040000074
当
Figure BDA0003864310040000075
c15＝-1.69385；当
Figure BDA0003864310040000076
c15＝0.0；
当
Figure BDA0003864310040000077
d＝-0.9；
Figure BDA00038643100400000715
Figure BDA0003864310040000078
其中，B为船宽；T为船舶吃水；
Figure BDA0003864310040000079
为船舶排水量；TF为迎风吃水量；
AT为艉封板浸水面积；CM为中横剖面系数；ABT为球鼻艏横向面积面积；
hB为球鼻艏横截面中心高度；CWP为水平面面积系数；
船模与实船的修正因子Ca：
Ca×103＝-0.4342-13.61Fn 2+1.858Fn+125.6/L(集装箱船)；
Ca×103＝0.2561-26.06Fn 2+0.8006Fn+47.95/L(散货船)；
Ca×103＝-1.482-65.07Fn 2+18.11Fn+109.9/L(油船)；
Fn为弗劳德数；
CE＝CF(1+K)+Ca，船舶的静水阻力
Figure BDA00038643100400000710
其中ρSW为海水密度；
AS为船舶水线以下面积，即船舶湿面积；
船舶湿面积AS＝L(2T+B)(0.6235+0.3332Cb-0.002611B/T)+BL(0.2641Cb-0.2613)；
船舶的浮心纵向位置
Figure BDA00038643100400000711
Cb为船舶方形系数；
船舶的横向风阻系数
Figure BDA00038643100400000712
船舶的纵向风阻系数
Figure BDA00038643100400000713
船舶的艏摇力矩系数
Figure BDA00038643100400000714
FX为船舶横向风阻，FY为船舶纵向风阻，N为艏摇力矩，VR为相对风速；
ρ为空气密度；
AT为船体水线以上正投影面积，AL为船体水线以上侧投影面积；
将风阻系数利用傅里叶级数展开，谐波次数取5，以计算船舶的风阻；
Figure BDA0003864310040000081
Figure BDA0003864310040000082
Figure BDA0003864310040000083
其中，a、b、c为傅里叶系数；
船相对于海流的相对速度
Figure BDA0003864310040000084
VCU为海流速度，VCO为船舶对地期望速度，αCU为海流与船舶航速夹角；
船相对于海流的相对速度VC用于计算上述雷诺数和弗劳德数；
船舶的浪阻
Figure BDA0003864310040000085
g为重力加速度，H1/3为有效波高；
LBWL为船头到水线上最大宽度的95％的距离。
步骤S103：根据船舶的输出功率和各条待选航线的船舶行驶阻力，计算出船舶在各条待选航线上的船速。
在一种可能的实施方式中，根据船舶的输出功率和各条待选航线的船舶行驶阻力计算出船舶在各条待选航线上的船速时，船舶的动力与船舶的行驶阻力相等。
需要说明的是，主机的额定功率为PS，船后螺旋桨收到的功率为PDB；
PDB＝PS·ηs，ηs为主机功率传输到船后螺旋桨的传递效率；
螺旋桨敞水收到功率PD0＝PDB·ηr；
ηr为敞水收到功率和船后收到功率之间的相对旋转效率，ηr＝1.05；
螺旋桨敞水效率表示螺旋桨在收到PD0的功率后，在敞水条件下能发出的推功率PT，计算敞水浆在固定航速下的进速系数J＝Va/ND；
Va为进速，即来流速度，N为螺旋桨转速，D为螺旋桨直径；
KT＝T/ρN2D4，KT为推力系数，T为敞水推力；
KQ＝Q/ρN2D5，KQ为扭矩系数，Q为敞水扭矩；
进速Va＝Vs(1-ω)，Vs为船舶此时的航速，ω为船体对螺旋桨的伴流系数；
ω＝0.5Cb-0.05；
由敞水浆发出的推功率需相对旋转效率换算到船体上，得到输出功率P；
即P＝PTηH；
相对旋转效率ηH＝1-t/1-ω；t为推力减额系数，采用商赫公式计算；
即t＝kω，k＝0.95。
在上述步骤中，船舶的输出功率P＝FVs，船舶在各条待选航线上行驶阻力为静水阻力、水阻以及风阻，船舶的动力F与船舶的行驶阻力相等，船舶航线管理平台根据船舶的输出功率P和各条待选航线上的船舶行驶阻力计算船舶的船速。
步骤S104：根据船舶在各条待选航线上的船速、各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算船舶在各条待选航线上的航速。
在一种可能的实施方式中，船舶在各条待选航线上的航速为船舶在各条待选航线上的船速与各条待选航线的风速和海流速度的矢量和。
需要说明的是，
Figure BDA0003864310040000091
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据各条待选航线上船舶的船速、风速、风向、海流速度以及海流方向计算出船舶在各条待选航线上的航速，其中，船舶的航速为船速、风速以及海流速度的矢量和。
步骤S105：根据船舶在各条待选航线上的航速计算出船舶在各条待选航线上的航行时间，选择多条待选航线中航行时间最短的航线作为船舶的航行路线。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据每条待选航线的距离和计算得出的每条待选航线上的船舶航速，计算得出船舶在每条航线上的航行时间，比较船舶在各条待选航线上航行时间的长短，选择航行时间最短的航线作为船舶此次航行的路线。
举例来说，船舶此次航行有两条待选航线，一条航线的总路程为2129.37海里，计算得出的船舶航速为10.91节，计算得出的航行时间为195.14小时；另一条航线的总路程为2179.61海里，计算得出的船舶航速为10.75节，计算得出的航行时间为202.79小时，则选择航行时间为195.14小时的航线作为此次航行的航行路线。
根据船员多年的航行经验来看，船舶的航行时间越短，船舶的能耗越低。
在一种可能的实施方式中，参照图2，其示出了本申请又一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图，包括以下步骤S201-S205。
步骤S201：获取船舶的始发港名称和目的港名称。
在上述步骤中，工作人员需要选择航线时，将此次航行的始发港和目的港的名称输入船舶航线管理平台，船舶航线管理平台获取始发港和目的港的名称后对其进行处理。
步骤S202：根据船舶的始发港名称和目的港名称获取船舶的可行驶航线。
在上述步骤中，船舶航线管理平台获取始发港和目的港的名称后，在航线数据库中搜索与此次航行的始发港和目的港相同的航线作为船舶的可行驶航线。
举例来说，船舶的始发港名称为新加坡，目的港名称为长江口，船舶航线管理平台在数据库中搜索到的可航行航线如图3所示。
步骤S203：获取船舶当前所运货物的信息，根据船舶当前所运货物的信息匹配预设航行环境情况。
在上述步骤中，工作人员将此次航行运输的货物的信息输入船舶航线管理平台，船舶航线管理平台获取船舶当前所运货物的信息后，匹配适宜该货物运输的预设环境情况。
举例来说，若船舶此次运输的货物为丙酮，需要在35摄氏度以下的干燥的环境下保存，库存温度不宜高于29摄氏度，运输过程中不宜猛烈撞击；匹配的适宜该货物运输的预设环境为35摄氏度以下，波浪等级5级及以下。
步骤S204：结合预设航行环境情况和各条待选航线上的环境情况，筛选船舶的可行驶航线，环境情况还包括温度、波浪大小以及气象。
在上述步骤中，船舶航线管理平台将适宜该货物运输的预设环境情况与各条待选航线上的环境情况进行比较，对船舶可行驶航线进行筛选。
步骤S205：选择符合预设航行环境情况的船舶的可行驶航线作为多条待选航线。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据此次航行运输的货物，从船舶的可行驶航线中选择适宜该货物运输的环境情况的航线，作为此次航行的待选航线，减少后续计算每条待选航线的航行时间这一部分的计算量。
举例来说，若船舶此次运输的货物为丙酮，船舶航线管理平台获取的船舶此次航行的可航行航线中，某一条航线的温度为15摄氏度，波浪等级为6级；体现为波浪的波长较长，高大波峰随处可见，则直接排除该条航线。
在一种可能的实施方式中，参照图4，其示出了本申请再一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图，包括以下步骤S401-S403。
步骤S401：获取船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，波浪信息包括波浪的高度和波浪的方向。
在上述步骤中，工作人员将船舶的名称输入船舶航线管理平台，船舶航线管理平台获取船舶的名称后，根据船舶的名称在船舶数据库中搜索该船舶的排水量、性能系数、经验系数，并获取各条待选航线上的波浪信息。
需要说明的是，船舶的性能系数和经验系数由船舶的长、宽、型深、设计吃水、排水量、主机额定功率、主机定速航行时的转速、浆螺距、齿轮箱转速比决定。
举例来说，船舶的名称为DH1，船舶航线管理平台搜索得出船舶的排水量为15000吨；经验系数G＝1.09；
性能系数k1＝0.745，k2＝0.05015，k3＝0.0045，k4＝1.35×10-6；船舶航线管理平台获取到的当前行驶区域的波浪信息为：波浪的高度2.5m，波浪的方向96.0。
步骤S402：根据船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，计算船舶在各条待选航线上的失速量。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，计算船舶在各条待选航线上的失速量。
步骤S403：根据船舶在各条待选航线上的失速量计算船舶在波浪中的航行速度，以计算船舶的航行时间。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据计算得出的船舶在各条待选航线上的失速量，计算船舶在待选航线的波浪中的航行速度，根据船舶在波浪中的航行速度计算船舶在该条待选航线上的航行时间。
需要说明的是,通过船舶在各条待选航线上的失速量计算船舶在波浪中的航行速度时，船舶在波浪中的速度V＝V0-(k1h+k2h2-k3qh)(G-k4DV0)；
V0为船舶航速，D为排水量，h为波高，q为船首向和波浪来向之间的夹角；
在一种可能的实施方式中，参照图5，其示出了本申请另一实施例提供的一种航线规划方法的流程示意图，包括以下步骤S501-S503。
步骤S501：获取船舶的航行状态和船舶AIS范围内其他船舶的航行状态，航行状态包括船舶当前的位置坐标、航行速度以及航行方向。
在上述步骤中，船舶航线管理平台获取船舶当前航行的速度和方向，通过AIS实时获取其他船舶的动态信息，根据其他船舶的动态信息分析出其他船舶的航行速度和航行方向。
需要说明的是，AIS是一种新型数字助航设备，具有信息量大、精度高等优点。它综合了多门学科知识和多种现代计算机相关技术，从而具有网络化、信息化等特点。它能实时获取船舶静态、动态信息，并且获取信息的时间短，通信方式稳定可靠，基本不会受到地形、恶劣天气以及复杂海况的影响。AIS系统还可以与VTS(Vessel Traffic Services)结合起来，这是由于AIS可以实现信息交互。这种实时广播发送信息的能力增大了VTS的监管范围。所以，功能更强大的AIS在导航和避碰方面正好能够填补雷达的缺陷，比雷达有更多优势。
步骤S502：根据船舶的航行状态和其他船舶的航行状态，分析船舶和其他船舶的会遇情况，并匹配船舶与其他船舶的碰撞危险度。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据船舶与其他船舶的航行方向和航行速度计算船舶相遇的时间、地点以及相遇的状态，根据计算得出的结果，判断船舶与其他船舶的碰撞危险度。
举例来说，以本船为坐标原点，本船的位置坐标为(a0，b0)，航行速度和航行方向分别为V0和C0；其他船舶的位置坐标为(a1，b1)，航行速度和航行方向分别为V1和C1；根据船舶的航行方向得出两船的航向交叉角为ΔC＝C1-C0，若航向交叉角为负则角度增加360度；根据船舶的坐标计算的出两船的相对距离
Figure BDA0003864310040000121
DX＝a1-a0，DY＝b1-b0；根据两船的航行速度计算两条船舶的相对速度，即本船与其他船舶的相对速度V01在坐标轴上的表达式为：
V01X＝V0X-V1X＝V0 sin C0-V1 sin C1；
V01Y＝V0Y-V1Y＝V0 cos C0-V1 cos C1；
船舶间的相对速度
Figure BDA0003864310040000122
本船与其他船舶的相对航向C01为：
当V01X≥0，V01Y>0，C01＝arctan(V01X/V01Y)；
当V01X<0，V01Y>0，C01＝arctan(V01X/V01Y)+360°；
当V01Y<0，C01＝arctan(V01X/V01Y)+180°；
当V01X>0，V01Y＝0，C01＝90°；当V01X<0，V01Y＝0，C01＝270°；
其他船舶的方位角B1＝arctan(DY/DX)，取值与C01类似；
其他船舶相对本船的方位B01＝B1-B0；其中，B0＝C0；
根据上述求得的矢量，可计算得出本船与目标船舶的最近会遇距离DCPA和到达最近会遇点的时间TCPA；
DCPA＝D×sin(C01-B1)；TCPA＝D×cos(C01-B1)/V01。
当目标船位于本船右侧，
DCPA≥0，表示从本船船艏经过，DCPA<0，表示从本船船尾经过；
当目标船位于本船左侧，
DCPA<0，表示从本船船艏经过，DCPA≥0，表示从本船船尾经过；
当TCPA≥0，表示没有到达最近会遇点；
当TCPA<0，表示已经经过最近会遇点。
船舶与其他船舶的碰撞危险度根据最近会遇距离、到达最近会遇点的时间、两船距离、其他船舶与本船的方位角、本船与其他船舶的速度比确定，碰撞危险度分为低、中、高三种情况。
步骤S503：根据船舶与其他船舶的碰撞危险度，计算船舶的避让行动方式及幅度，并显示船舶的避让行动方式及幅度。
在上述步骤中，船舶航线管理平台根据根据船舶与其他船舶的碰撞危险度，计算船舶的避让行动方式及幅度，并显示包括船舶的避让行动方式及幅度的提示信息，以提醒船员改变航行速度及航行方向，尽可能避免碰撞事故的发生。
举例来说，本船与其他船舶的相对方位B01为45度，相对速度V01为22.118kn，相对航向C01为42.5度；DCPA为-0.174，TCPA为0.181，判断得出的船舶碰撞危险度为中级，匹配的船舶避让行动方式及幅度为向左转25度，减速30％。
在一种可能的实施方式中，船舶航线管理平台根据船舶的航行路线和船舶的避让行动方式及幅度，匹配船舶返回航行路线的方案，并显示船舶返回航行路线的方案。
在上述步骤中，船舶因采取避让行动而偏离航线后，船舶航线管理平台根据船舶的航行路线和船舶的避让行动方式及幅度，匹配船舶返回航行路线的方案，并显示船舶返回航行路线的方案。
举例来说，船舶避让行动及幅度为向东转45度，减速50％行驶；排除避让风险后，船舶航线管理平台匹配的船舶返回原来航行路线的方案为向西转45度，加速到原航行速度；检测到船舶返回原来的航行路线后，发出语音提醒以提示船员已返回航线。
参照图6，其示出了本申请一实施例提供的一种航线规划装置的结构示意图，该装置是船舶燃油加装管理平台，包括：获取单元601和处理单元602，获取单元601，用于获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的天气情况以及船舶的输出功率，天气情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向；处理单元602，用于根据各条待选航线上的环境情况计算各条待选航线的船舶行驶阻力；根据船舶的输出功率和各条待选航线的船舶行驶阻力，计算出船舶在各条待选航线上的船速；根据船舶在各条待选航线上的船速、各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算船舶在各条待选航线上的航速；根据船舶在各条待选航线上的航速计算出船舶在各条待选航线上的航行时间，选择多条待选航线中航行时间最短的航线作为船舶的航行路线。
在一种可能的实施方式中，根据船舶的输出功率和各条待选航线的船舶行驶阻力计算出船舶在各条待选航线上的船速时，船舶的动力与船舶行驶阻力的数值相等。
在一种可能的实施方式中，船舶行驶阻力包括船舶的静水阻力、浪阻以及风阻，船舶的静水阻力包括船舶的摩擦阻力、兴波阻力以及船模与实船相关的修正因子；船舶在各条待选航线上的航速为船舶在各条待选航线上的船速与各条待选航线的风速和海流速度的矢量和。
在一种可能的实施方式中，获取单元601还包括第一获取子单元，处理单元602还包括第一选择子单元；第一获取子单元，用于获取船舶的始发港名称和目的港名称；根据船舶的始发港名称和目的港名称获取船舶的可行驶航线；获取船舶当前所运货物的信息，根据船舶当前所运货物的信息匹配预设航行环境情况；第一选择子单元，用于结合预设航行环境情况和各条待选航线上的环境情况，筛选船舶的可行驶航线，环境情况还包括温度、波浪大小以及气象；选择符合预设航行环境情况的船舶可行驶航线作为多条待选航线。
在一种可能的实施方式中，获取单元601还包括第二获取子单元，处理单元602还包括第一计算子单元；第二获取子单元，用于获取船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，波浪信息包括波浪的高度和波浪的方向；第一计算子单元，用于根据船舶的排水量、性能系数、经验系数以及各条待选航线的波浪信息，计算船舶在各条待选航线上的失速量；根据船舶在各条待选航线上的失速量计算船舶在波浪中的航行速度，以计算船舶的航行时间。
在一种可能的实施方式中，装置还包括显示单元603，获取单元601还包括第三获取子单元，处理单元602还包括第二计算子单元；第三获取子单元，用于获取船舶的航行状态和船舶AIS范围内其他船舶的航行状态，航行状态包括船舶当前的位置坐标、航行速度以及航行方向；第二计算子单元，用于根据船舶的航行状态和其他船舶的航行状态，分析船舶和其他船舶的会遇情况，并匹配船舶与其他船舶的碰撞危险度；根据船舶与其他船舶的碰撞危险度，计算船舶的避让行动方式及幅度；显示单元603，用于显示所述船舶的避让行动方式及幅度。
在一种可能的实施方式中，处理单元602还包括第一匹配子单元，显示单元603还包括第一显示子单元，第一匹配子单元，用于根据船舶的航行路线和船舶的避让行动方式及幅度，匹配船舶返回航行路线的方案；第一显示子单元，用于显示船舶返回航行路线的方案。
参照图7，为本申请实施例提供了一种电子设备的结构示意图。如图7所示，所述电子设备700可以包括：至少一个处理器701，至少一个网络接口704，用户接口703，存储器705，至少一个通信总线702。
其中，通信总线702用于实现这些组件之间的连接通信。
其中，用户接口703可以包括显示屏(Display)、摄像头(Camera)，可选用户接口703还可以包括标准的有线接口、无线接口。
其中，网络接口704可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。
其中，处理器701可以包括一个或者多个处理核心。处理器701利用各种接口和线路连接整个服务器内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器705内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器705内的数据，执行服务器的各种功能和处理数据。可选的，处理器701可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器701可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器701中，单独通过一块芯片进行实现。
其中，存储器705可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器705包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器705可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器705可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及的数据等。存储器705可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器701的存储装置。如图7所示，作为一种计算机存储介质的存储器705中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及一种航线规划方法的应用程序。
在图7所示的电子设备700中，用户接口703主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而处理器701可以用于调用存储器705中存储一种航线规划方法的应用程序，当由一个或多个处理器执行时，使得电子设备执行如上述实施例中一个或多个所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令。当由一个或多个处理器执行时，使得电子设备执行如上述实施例中一个或多个所述的方法。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践真理的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种航线规划方法，其特征在于，应用于船舶航线管理平台，所述方法包括：
获取船舶的多条待选航线、各条待选航线上的环境情况以及船舶的输出功率，所述环境情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向；
根据所述各条待选航线上的环境情况计算所述各条待选航线的船舶行驶阻力；
根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力，计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速；
根据所述船舶在所述各条待选航线上的船速、所述各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算所述船舶在所述各条待选航线上的航速；
根据所述船舶在所述各条待选航线上的航速计算出所述船舶在所述各条待选航线上的航行时间，选择所述多条待选航线中航行时间最短的航线作为所述船舶的航行路线。
2.根据权利要求1所述的一种航线规划方法，其特征在于，所述根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速时，所述船舶的动力与所述船舶行驶阻力的数值相等。
3.根据权利要求1所述的一种航线规划方法，其特征在于，所述船舶行驶阻力包括船舶的静水阻力、浪阻以及风阻，所述船舶的静水阻力包括所述船舶的摩擦阻力、兴波阻力以及船模与实船相关的修正因子；所述船舶在所述各条待选航线上的航速为所述船舶在所述各条待选航线上的船速与所述各条待选航线的风速和海流速度的矢量和。
4.根据权利要求1所述的一种航线规划方法，其特征在于，所述获取船舶的多条预设待选航线以及各条待选航线上的环境情况包括：
获取所述船舶的始发港名称和目的港名称；
根据所述船舶的始发港名称和目的港名称获取船舶的可行驶航线；
获取所述船舶当前所运货物的信息，根据所述船舶当前所运货物的信息匹配预设航行环境情况；
结合所述预设航行环境情况和所述各条待选航线上的环境情况，筛选所述船舶的可行驶航线，所述环境情况还包括温度、波浪大小以及气象；
选择符合所述预设航行环境情况的所述船舶的可行驶航线作为所述多条待选航线。
5.根据权利要求1所述的一种航线规划方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述船舶的航行状态和船舶AIS范围内其他船舶的航行状态，所述航行状态包括船舶当前的位置坐标、航行速度以及航行方向；
根据所述船舶的航行状态和所述其他船舶的航行状态，分析所述船舶和所述其他船舶的会遇情况，并匹配所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度；
根据所述船舶与所述其他船舶的碰撞危险度，计算所述船舶的避让行动方式及幅度，并显示所述船舶的避让行动方式及幅度。
6.根据权利要求5所述的一种航线规划方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述船舶的航行路线和所述船舶的避让行动方式及幅度，匹配所述船舶返回所述航行路线的方案，并显示所述船舶返回所述航行路线的方案。
7.一种航线规划装置，其特征在于，所述装置为船舶航线管理平台，所述装置包括：
获取单元（601），用于获取船舶的多条待选航线以及各条待选航线上的天气情况，所述天气情况包括风速、风向、海流速度以及海流方向；
处理单元（602），用于根据所述各条待选航线上的环境情况计算所述各条待选航线的船舶行驶阻力；根据所述船舶的输出功率和所述各条待选航线的所述船舶行驶阻力，计算出所述船舶在所述各条待选航线上的船速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的船速、所述各条待选航线的风速、风向、海流速度以及海流方向计算所述船舶在所述各条待选航线上的航速；根据所述船舶在所述各条待选航线上的航速计算出所述船舶在所述各条待选航线上的航行时间，选择所述多条待选航线中航行时间最短的航线作为所述船舶的航行路线。
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器（701）、存储器（705）、用户接口（703）及网络接口（704），所述存储器（705）用于存储指令，所述用户接口（703）和网络接口（704）用于给其他设备通信，所述处理器（701）用于执行所述存储器（705）中存储的指令，以使所述电子设备（700）执行如权利要求1-6任意一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得电子设备执行如权利要求1-6任意一项所述的方法。
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